什麼是真實應變?
真實應變(又稱對數應變或自然應變)是以材料當下的瞬時長度為基準來衡量變形量,而非以原始長度為基準。工程應變採用固定的參考長度,真實應變則是將變形過程中每一段微小的長度變化逐步積分起來。因此在金屬成形、拉伸試驗與材料科學中,遇到大量塑性變形時,真實應變是更受青睞的衡量方式。
如何使用這個計算機
輸入試件的原始長度(未變形)L₀ 與最終長度(變形後)L,單位可以是 mm、cm 或英吋,只要前後保持一致即可。計算機會回傳真實應變、對應的工程應變,以及長度比值。正值代表拉伸(伸長),負值則代表壓縮。
公式詳解
真實應變的定義為 $$\varepsilon_{true} = \ln\left(\frac{L}{L_0}\right)$$ 也就是長度比值的自然對數。由於工程應變為 \(\varepsilon_{eng} = (L - L_0)/L_0 = L/L_0 - 1\),因此也可改寫為 \(\varepsilon_{true} = \ln(1 + \varepsilon_{eng})\)。在應變很小時,兩種衡量方式幾乎相同;但隨著變形量增大,兩者的差距就會明顯拉開。
實例演算
假設一根桿件從 \(L_0 = 50\) mm 拉伸到 \(L = 60\) mm。長度比值為 \(60/50 = 1.2\),因此真實應變為 $$\varepsilon_{true} = \ln(1.2) \approx 0.182322$$ 工程應變則為 \((60 - 50)/50 = 0.20\)。可以注意到,真實應變(0.1823)略小於工程應變(0.20),這正是拉伸變形的預期結果。
常見問答
為什麼要用真實應變,而不是工程應變?真實應變具有可加性,在大量塑性變形時能更準確地反映實際情況,這對於成形、輥軋與頸縮分析來說至關重要。
真實應變可以是負值嗎?可以。當最終長度小於原始長度(壓縮)時,\(L/L_0 < 1\),其自然對數即為負值。
該使用什麼單位?任何單位都行,只要 L 與 L₀ 採用相同單位即可——應變本身是無因次量。